Ju högre näringstillförseln är, desto större är syrebristen i djuphavet. Vid en medelhög tillförsel uppstår dock svängningar, visar studien. Eftersom intervallet av tillförsel för när svängningarna uppstår också beror på andra faktorer, som väder och klimat, kan det inte uteslutas att de kommer att ha en inverkan även vid högre tillförsel, som den som är målet för Baltic Sea Action Plan.

1900-talets höga tillförsel av näring till Östersjön har orsakat kraftig övergödning och rekordstor utbredning av syrefria bottnar: stor tillgång till näring leder till hög produktion av alger och cyanobakterier och när de bryts ner förbrukas syre. Men syrebrist har också förekommit historiskt i Östersjön, även när näringstillförseln var mycket lägre än i dag, vilket har förbryllat forskarna. En ny studie, där forskarna använde avancerad analysteknik för att studera kemin i sedimentkärnor, visar att syrebristen har varierat kraftigt med en periodicitet på några decennier under vissa epoker.

– Vi vet från tidigare studier att det har funnits perioder av syrebrist under Östersjöns 8 000-åriga historia, säger Tom Jilbert vid Helsingfors universitet, som lett den nya forskningen. 

– Den här gången var målet att i detalj undersöka hur stabila dessa perioder var. För att göra det använde vi en teknik som kallas laserablation för att analysera kemin i de sediment som avsatts under dessa tidigare perioder. Det gav oss ett högupplöst arkiv, som visade mycket instabila förhållanden under vissa perioder, med syrekoncentrationer som varierade kraftigt med hög frekvens.

Tom Jilbert, Helsingfors universitet, har lett studien.

I allmänhet finns det ett direkt samband mellan näringstillförsel och syrebrist, så att ju högre tillförseln är, desto kraftigare är bristen på syre.

– Inom ett visst intervall av näringstillförsel börjar dock djupvattnets syrekoncentrationer spontant att svänga med tiden, säger oceanograf Bo Gustafsson vid Stockholms universitets Östersjöcentrum, som är medförfattare till studien och har utvecklat en numerisk modell som återskapar de svängningar som observerats i sedimentdata. 

Upptäckten av dessa svängningar gav också en förklaring till varför Östersjön kan drabbas av syrebrist även vid lägre näringstillförsel. 

– Det är troligt att svängningarna beror på en inneboende instabilitet som bygger på att ju mindre övergödning, desto större mängd tillgänglig fosfor kan bindas i sedimenten, säger Bo Gustafsson.

Depå av järnbunden fosfor byggs upp och töms

Under förutsättning att vattnet är syrehaltigt kan fosfor bindas till järnoxider i havsbottnens sediment. Under denna så kallade laddningsfas (recharge phase) byggs en depå av järnoxidbunden fosfor upp i sedimenten. Depån är dock instabil och känslig för störningar i syrehalt eller planktonprodukton som orsakas av till exempel klimatvariationer.

– En sådan störning kan leda till att fosfor frigörs tillbaka till vattnet under en urladdningsfas (discharge phase). Där bidrar fosforn till övergödning, vilket orsakar syrebrist och gör att mer fosfor frigörs. Detta fortsätter tills den järnbundna fosfordepån är uttömd, förklarar Bo Gustafsson. 

Forskarna har nu upptäckt att dessa instabila perioder inträffar när tillförseln av fosfor från Östersjöns avrinningsområde ligger på en viss nivå.

– Om tillförseln ligger på en låg nivå finns ingen syrebrist i bottenområdena. Om tillförseln är för hög, som i dag, ser vi en ganska stabil död zon i de djupa områdena där det inte finns något syre. Men mellan dessa fall ser vi svängningar på en tidsskala av flera decennier, säger Tom Jilbert.

Med hjälp av nya avancerade analysmetoder för att studera kemin i sedimentkärnor har forskarna fått kunskap om den historiska förekomsten av syrebrist i Östersjön. Foto: Alf Norkko

Otillräckliga minskningarna i BSAP?

Dagens kraftigt övergödda Östersjön, med hög produktivitet och praktiskt taget permanent syrebrist i vissa områden, är långt ifrån den regim där dessa svängningar kan uppstå. Men den nyligen uppdaterade handlingsplanen för Östersjön (Baltic Sea Action Plan, BSAP) syftar till att minska näringsbelastningen avsevärt, och det är då konsekvenserna av den nya studien blir tydliga.

– När fosfortillförseln minskas kan Östersjön överraska oss på lång sikt med en mycket mer komplicerad väg mot återhämtning än vad vi tidigare har förväntat oss, säger Bo Gustafsson.

Med hjälp av modellverktyget Baltsem har Bo Gustafssons forskargrupp Baltic Nest Institute beräknat hur mycket näringstillförseln behöver minskas för att vi på sikt ska få ett hav som är påverkat av övergödning. Genom BSAP har länderna runt Östersjön kommit överens om att minska sin näringstillförsel för att nå denna nivå. När det sker, och Östersjöns tillstånd så småningom närmar sig målen, kan svängningar i fosforcykeln börja få stor betydelse för förekomsten av syrebrist och till exempel cyanobakterieblomningar. Forskarna betonar dock att den aktuella studien är gjord med hjälp av en boxmodell och att det behövs mer exakta modelleringsverktyg för att verkligen kunna avgöra om svängningar kommer att uppstå när BSAP-målen uppnås.

Bo Gustafsson, Baltic Nest Institute, Stockholms universitets Östersjöcentrum. Foto: Henrik Hamrén.

– Vi utvecklar nu Baltsem-modellen till att inkludera dessa järn-fosforcykler. I nutid behöver vi inte bekymra oss så mycket över de här svängningarna. Vi kan se det som om det har varit en extrem urladdningsfas under de senaste 100 åren och depåerna med järnbunden fosfor är tomma. På grund av dagens höga syreskuld kommer det troligen att ta årtionden innan en effektiv laddningsfas kan inledas. När den väl gör det bör den initiala effekten vara att övergödningen minskar snabbare än väntat, men därefter kan de här svängningarna orsaka ett möjligt bakslag, säger Bo Gustafsson.

Forskarna understryker att det är viktigt att fortsätta på den väg som stakas ut genom Baltic Sea Action Plan, och samtidigt förbättra forskningsmodellerna för bättre kunna förstå framtida förändringar. 

– Variationer i syrebrist är ett naturligt fenomen i Östersjön som vi alltid kommer att behöva leva med, men intensiteten i dagens syrebrist är på en annan skala än under historiska perioder, på grund av människans påverkan, säger Tom Jilbert. 

– För att långsiktigt förbättra de extremt dåliga förhållandena är det viktigt att fortsätta att minska näringstillförseln till havet, tillägger Bo Gustafsson.
 

Text och illustration: Lisa Bergqvist